Tajemnicza świetlna burza nad lasem. Naukowcy pierwszy raz to nagrali

Podczas zwykłej burzy nad koronami drzew dzieje się coś, czego ludzkie oko w ogóle nie rejestruje.

Teraz badacze wreszcie to uchwycili.

Amerykański zespół naukowców przez lata podejrzewał, że burza zamienia las w gigantyczne, niewidzialne dla nas świetlne widowisko. Żeby to sprawdzić, przerobili wysłużoną Toyotę w mobilne laboratorium i ruszyli w pościg za nawałnicami, aż w końcu zarejestrowali zjawisko, o którym wcześniej tylko teoretyzowano.

Świetlna „kurtyna” nad drzewami, której nikt nie widzi

Grupa badaczy z Pennsylvania State University od lat bada wpływ pól elektrycznych na rośliny. W ich hipotezach pojawiał się motyw tajemniczej poświaty nad lasem podczas burzy, ale brakowało twardych dowodów z terenu. Wszystko zmieniło się, gdy zdecydowali się wyjechać w nocne łowy na burze.

W laboratorium naukowcy już wcześniej zauważyli, że młode drzewka, podłączone do odpowiednich generatorów, zaczynają delikatnie świecić bladoniebieską poświatą w zakresie ultrafioletu. To efekt bardzo wysokiego napięcia i jonizacji powietrza wokół liści. Problem w tym, że takie promieniowanie jest dla ludzkiego oka niewidoczne.

Podczas naturalnej burzy korony drzew emitują krótkie, ultrafioletowe błyski, które dosłownie „podświetlają” las, lecz w paśmie, którego człowiek nie jest w stanie dostrzec.

Żeby ten sekret zobaczyć, badacze musieli użyć specjalistycznych kamer rejestrujących ultrafiolet, niezwykle czułych detektorów światła i przenośnej aparatury meteorologicznej. Wszystko trafiło na dach starej Toyoty Sienny, która stała się bazą wypadową w pościgu za burzami na trasie od Karoliny Północnej aż po Pensylwanię.

Co dokładnie dzieje się z drzewami podczas burzy

Gdy nadciąga burza, większość z nas patrzy w górę, wypatrując jasnych zygzaków przecinających niebo. Tymczasem wysoka wilgotność, silne pola elektryczne i wysokie napięcie między chmurami a ziemią sprawiają, że drzewa zaczynają zachowywać się jak ogromne, żywe przewody.

Chmury burzowe działają wtedy jak gigantyczna bateria. Naładowane do bardzo wysokiego napięcia, wysyłają pole elektryczne aż do ziemi. Pień, nasączony wodą, przewodzi ten ładunek ku górze. Napięcie powoli „wspina się” po drzewie, aż dotrze do delikatnych struktur liści.

Kiedy napięcie dociera do koron, przy krawędziach liści powstają drobne wyładowania – to tak zwana korona świetlna, seria ultrakrótkich rozbłysków w ultrafiolecie, przeskakujących z liścia na liść.

Dla kamer UV las w takim momencie wygląda jak tętniąca, migocząca warstwa niebieskawej poświaty, unosząca się nad powierzchnią koron. Każdy pojedynczy błysk trwa ułamek sekundy i wysyła w ciemność miliardy fotonów. Nasze oczy nie tylko nie łapią tak gwałtownego impulsu, ale też w ogóle nie są czułe na tę długość fali.

Globalny „obwód elektryczny” Ziemi

Tę świetlną burzę w koronach drzew warto osadzić w większym zjawisku. Ziemię otacza bowiem coś w rodzaju gigantycznego obwodu elektrycznego. Na dole mamy powierzchnię planety, wyżej – jonosferę, czyli naładowaną elektrycznie warstwę atmosfery zaczynającą się kilkadziesiąt kilometrów nad naszymi głowami.

Drzewa są częścią tego układu. Ich wysokość, wilgotne tkanki i rozbudowana korona sprawiają, że uczestniczą w transferze ładunków między ziemią a atmosferą. Efektem ubocznym jest właśnie korona świetlna w paśmie ultrafioletu.

Jak wyglądała burzowa wyprawa w przerobionej Toyocie

Zespół badawczy postanowił wyjechać z laboratorium i „zapolować” na burze w terenie. Stara Toyota Sienna została wyposażona w:

• maszt z miniaturową stacją pogodową mierzącą kierunek i siłę wiatru, wilgotność oraz natężenie pól elektrycznych,
• lasery służące do precyzyjnego ustawiania ostrości i odległości do koron drzew,
• kamerę rejestrującą ultrafiolet i bardzo szybkie błyski światła,
• zasilanie i system zapisu danych odporny na drgania i zmiany temperatury.

Sam wyjazd nie był prosty logistycznie. Badacze musieli śledzić prognozy burzowe, jechać w nocy w stronę frontów atmosferycznych i szukać miejsc, gdzie wysokie drzewa rosną tuż obok trasy przejazdu. Gdy burza znajdowała się odpowiednio blisko, zatrzymywali samochód i rozpoczynali rejestrację.

Na ekranach zaczęły się pojawiać to, na co liczyli: drobne, szybkie rozbłyski przeskakujące po liściach. Światło przemieszczało się kaskadami, jak miniaturowa błyskawica sunąca po powierzchni korony. Bez sprzętu rejestrującego ultrafiolet ludzkie oko widziałoby tylko ciemny kontur drzew na tle rozświetlanego przez normalne błyskawice nieba.

Leśny krajobraz, który dla człowieka pozostaje czarną ścianą, dla kamery UV zmienia się w hipnotyzującą, migotliwą taflę jasnych punktów.

Niewidzialny spektakl ma swoją cenę dla drzew

Choć świetlna korona wygląda efektownie, dla samych roślin nie jest neutralna. Przepływ ładunków elektrycznych i lokalne wyładowania przy krawędziach liści wpływają na chemię powietrza tuż nad koronami. W pobliżu liści powstają reaktywne cząsteczki, które mogą modyfikować skład gazów, w tym tlenków azotu i ozonu.

Długotrwałe działanie takich impulsów może też osłabiać tkanki w najwyższych partiach drzew. Naukowcy podejrzewają, że część uszkodzeń obserwowanych w najwyższych gałęziach – przypisywanych czasem tylko silnym podmuchom wiatru – może mieć związek właśnie z powtarzającymi się wyładowaniami koronowymi.

W prognozach klimatycznych pojawia się jeszcze jeden wątek: wraz ze wzrostem temperatur rośnie częstotliwość gwałtownych burz. To oznacza, że lasy w wielu częściach globu będą częściej wystawione na działanie intensywnych pól elektrycznych i serii takich mikrowyładowań.

Co to znaczy dla przyrody i dla ludzi

Badania opisane w czasopiśmie Geophysical Research Letters nie są tylko ciekawostką o „tajemniczym świeceniu” drzew. Pokazują, że burze wpływają na ekosystem w dużo subtelniejszy sposób niż pojedyncze uderzenie pioruna w jeden pień.

Wiele procesów w atmosferze – od powstawania ozonu po tworzenie się aerozoli – zależy od tego, jakie reakcje zachodzą w cienkiej warstwie powietrza tuż nad powierzchnią lasu. Seria mikrowyładowań może zmieniać lokalną chemię, a przez to pośrednio wpływać na jakość powietrza czy na to, w jaki sposób rośliny wymieniają gazy z otoczeniem.

Z perspektywy człowieka dochodzi jeszcze kwestia infrastruktury. Wysokie konstrukcje – maszty, linie energetyczne, turbiny wiatrowe – również mogą doświadczać podobnych zjawisk koronowych. Zrozumienie tego, co dzieje się nad koronami drzew, pomaga lepiej projektować instalacje narażone na ekstremalne pola elektryczne.

Dlaczego tego nie widzimy i czy da się to „zobaczyć” na własne oczy

Ludzkie oko reaguje głównie na zakres światła widzialnego – od czerwieni do fioletu. Świetlna korona nad drzewami powstaje w ultrafiolecie, czyli w długościach fal krótszych niż to, co jesteśmy w stanie zarejestrować bezpośrednio. Do tego każdy rozbłysk trwa niezwykle krótko i ma niewielką energię w przeliczeniu na pojedynczą wiązkę.

Aby zbliżyć się do tego doświadczenia w praktyce, trzeba sięgnąć po technologię. Wyobraźmy sobie specjalne okulary zintegrowane z kamerą UV i przetwornikiem, który przekłada ultrafiolet na barwy widzialne. Naukowo jest to możliwe, choć takie urządzenia wciąż należą do niszy sprzętu badawczego, a nie codziennej elektroniki użytkowej.

Czasem podobne zjawisko można podejrzeć w mniejszej skali. Silne rozładowanie przy ostrych krawędziach metalu czy liniach wysokiego napięcia także bywa źródłem korony świetlnej – wtedy na zdjęciach długoczasowych widać delikatną poświatę wokół przewodów. Las podczas burzy przeżywa coś podobnego, ale na ogromną, rozproszoną skalę.

Nowe dane z USA sugerują, że nasze wyobrażenie o burzy jako o zestawie błyskawic pomiędzy chmurą a ziemią jest uproszczone. Drzewa nie są jedynie biernymi ofiarami piorunów. Tworzą z chmurami aktywną, elektryczną „sieć”, a niewidzialne dla nas błyski nad koronami stają się częścią większej, planetarnej baterii zasilanej energią atmosferycznych nawałnic.